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流体配管システムにおいて、バルブは制御要素であり、その主な機能は開閉、流量制御、流量調整、装置や配管システムの隔離、媒体の逆流防止、圧力の調整と排出などです。バルブには種類が多く、品種も複雑である。その中でよく使われるバルブには、ゲートバルブ、ストップバルブ、チョークバルブ、コックバルブ、バタフライバルブ、ボールバルブ、チェックバルブ、ダイアフラムバルブなどがあり、特殊なバルブにはドレンバルブ、安全弁、減圧弁などがある。石油化学工業の急速な発展に伴い、石油化学製造プラント内で使用される媒体は、多くが毒性が高く、可燃性や爆発性があり、腐食性も強いという特徴を持っている。運転条件も複雑で厳しく、操作時の温度や圧力も高い。また、稼働開始までに時間がかかり、バルブに故障が生じると、軽度の場合は媒体が漏れ出し、環境汚染や経済的損失を引き起こす。重度の場合にはプラントの停止や生産中止を招き、さらには重大な事故につながることもある。適切なバルブを選ぶことは非常に重要であり、特別なバルブの選定は配管設計において一層重要です。 1 安全弁とその選定方法 安全弁とは、人の安全に関わる、安全保護用の自動バルブです。それは外部の力を一切使わず、媒体自体の力を利用して一定量の流体を排出し、システム内の圧力が所定の安全値を超えるのを防ぎます。圧力が規定値まで下がると、バルブがタイムリーに閉じられ、機器や配管の安全な運転が保護されます。 安全弁は不利な要因を考慮して設計される。火災、操作上の故障、または給水・給電の停止などにより、装置や配管の圧力が設計値を超えて爆発事故が発生する可能性のある以下の状況では、安全弁を設置するか（またはその他の安全対策を講じる必要がある）：容積式ポンプおよび圧縮機の出口配管； 両端が閉じられる可能性があり、それによって昇圧する液化炭化水素パイプライン上で； 可燃性ガスや可燃性液体が加熱されて膨張し、設計圧力を超える可能性のある配管； 設計圧力が圧力源の圧力よりも低い圧力容器および配管； 凝気タービンの蒸気出口配管； すべての圧力容器には、減圧装置を設置する必要があります。 1.1 安全弁の分類 安全弁は、異なる分類方法によって次のように分けられる：① 全体の構造および荷重付与機構の違いにより、レバー・重錘式（通常は低圧で使用され、装置に取り付けられる）、スプリング式、および制御式に分けられる； ② バルブの弁板開放高さと通過直径の比率により、微開式、中開式、全開式の安全弁に分けられる； ③ ガス排出の方式によって、完全密閉型、半密閉型、および開放型に分けられる； ④ 背圧バランス機構の有無により、背圧バランス式と通常式に分けられる； ⑤ 作用原理によって、直動式と間接動作式（パイロット式および動力補助装置付きを含む）に分けられる。 1.2 安全弁の選定について 安全弁にはさまざまな形態や種類があり、用途に応じて以下の形態の安全弁を選択することが望ましい：①ガスや蒸気を排出する場合は、全開式安全弁を使用する； ② 液体を排出する際は、一般的に微開式安全弁が使用される； ③ 水蒸気や空気を排出する際は、レンチ付きの安全弁を選択できます； ④ 設定圧力が3MPaを超え、温度が235℃を超えるガスに使用する安全弁には、放出される媒体がスプリングを直接侵食するのを防ぐため、放熱フィン付きの安全弁を選択すべきである； ⑤ 一般的に可燃性、爆発性、または毒性のある媒体には密閉型を、蒸気や不活性ガスなどには非密閉型を用いるべきである； ⑥ 劇毒で強腐食性があり、極めて危険な媒体を排出する場合は、リブ付き安全弁を使用すべきである； ⑦ 高背圧の場合は、背圧バランス式またはガイドバルブ制御式の安全弁を選択することが望ましい。 2 排水弁とその選定方法 排水弁とは、加熱装置や蒸気配管内の蒸気凝縮水や空気などの不凝性ガスを自動的に排出し、かつ蒸気が漏れ出ないようにする装置である。スチームバルブは蒸気の流れを遮り水を排出する機能を持つため、蒸気加熱装置に均一に熱を供給し、蒸気の潜熱を十分に活用して蒸気配管内での水撃を防ぐことができる。それは、さまざまな加熱工程の装置に必要な温度と熱量を供給し、正常に動作させることができる省エネ製品です。 2.1 スチームドレインバルブの分類 スチームドレインバルブには多くの種類があり、それぞれ異なる性能を持っている。スチームバルブは、蒸気と凝縮水を「識別」できることで、蒸気の遮断と排水の機能を果たすことができます。“「蒸気」と「凝縮水」の識別は、密度差、温度差、および相変化という3つの原理に基づいています。3つの原理に基づき、機械式、熱静力式、熱動力式の3種類の排水弁が製造されている。 ① 機械式ドレンバルブはフロート式ドレンバルブとも呼ばれ、凝縮水と蒸気の密度差を利用し、凝縮水の液面の変化によってフロート（球形または樽形）が上下動し、バルブの弁板を開閉させることで、蒸気の流入を防ぎ水を排出する仕組みです。機械式除水弁は過冷却度が小さく、作動圧力や温度の変化の影響を受けず、水があればすぐに排出するため、加熱装置内に水が残らず、理想的な熱交換効率を実現できる。機械式排水弁には、フリーフロート式、レバーフロート式、フロートタンク式、逆吊りタンク式などがある； ② 熱静力型排水弁は、蒸気と凝縮水の温度差によって感温素子が変形または膨張し、それによってバルブ心が動いてバルブが開閉するものです。熱静力型の排水弁は過冷却度が大きく、一般的に15度から40度です。凝縮水の顕熱の一部を利用でき、バルブの前には常に高温の凝縮水が存在するため、蒸気の漏れがなく省エネ効果があります。熱静力型の排水弁には、チューブ式、蒸気圧式または平衡圧式、バイメタル式、液体膨張式がある； ③ 熱動力式除水弁は、相変化の原理に基づき、蒸気と凝縮水が通過する際の流速や体積の変化という熱力学原理を利用して、弁板の上下に圧力差を生じさせ、それによって弁板を開閉させるものです。熱動力式の排水弁は蒸気を動力源としているため、蒸気のロスが大きくなります。熱動力型の排水弁は、ディスク式、パルス式、迷路式、または微孔式に分けられる。 2.2 ドレンバルブの選定について 蒸気は、輸送、汽水分離、加熱、乾燥、断熱、保温、加熱補助、消毒、蒸留、濃縮、蒸煮、熱交換、暖房、空調といった加熱処理の過程で、さまざまな装置が必要とする温度や熱量を供給すると同時に、凝縮水を迅速に排出して蒸気の漏れを防ぐために、ドレンバルブを設置する必要があります。ドレンバルブの選定にあたっては、感度が高く、正確に水蒸気を遮断して排水し、水蒸気の漏れがないこと、水蒸気の利用率を向上させられること、動作性能が信頼性に優れていること、背圧が高く耐用年数が長いこと、メンテナンスが容易であることなどが求められます。 蒸気ドレンバルブの選定原則：① 装置に速い加熱速度が求められ、加熱温度の制御が厳しく、かつ加熱装置内に凝縮水が滞留してはならない場合は、飽和水を排出できる機械式ドレンバルブを選ぶべきである； ② 加熱装置の受熱面積が大きく、急いで加熱する必要がなく、加熱温度の厳格な要件もなく、かつ一定量の凝縮水を蓄えることができれば、熱静力式のドレンバルブを選択する； ③ 使用する機器の排水量に応じてドレンバルブを選定する際は、必ず安全率を考慮しなければならない； ④ 排水弁は圧力差によって排水量を決定します。 具体的な選定方法は以下の通りです：①機械式ドレンバルブの上限背圧度は80％で、作動性能が高く、製造工程における加熱装置に最適なドレンバルブです。小口径のバルブの感度は、大口径のものよりも高い。逆吊りバケツ型の排水弁は少量の冷たい空気や暖かい空気を排出できるが、この種の弁は空気を排出することはできない。フリーフロート式は構造がシンプルで感度が高く、飽和した水を排出できるが、水撃や汚れに対する耐性が低い。大口径かつ大量の排水に適しているが、製造工程が複雑である。 ② 熱静力型排水弁は、蒸気機器の上部に取り付けて、単に排気弁として使用できます。液体膨張式は、保温温度が比較的低くてよい保温配管のドレン排出や暖房用配管に適しています。蒸気圧式または平衡圧式は構造がシンプルで反応が敏感であり、連続して排水や排気が可能で性能が優れ、漏れ量も少ない。しかし、水撃や汚れに対する耐性が低く、幅広い用途に利用され、蒸気システムの排気弁として使用できる。チューブ型は、暖房システムの排水用として広く使用されるほか、蒸気システムの排気弁としても利用できます。ダブルメタル式は感度が高くなく、連続して排水でき、排水性能に優れている。過冷却度が大きく調整可能で、低圧から高圧まで適用可能であり、上限使用温度は550℃に達する。汚れに強く、水撃にも強い。 ③ 熱動力式排水弁は凝縮水を処理する際の感度が高く、開閉部品が小さく慣性も小さいため、切り替え速度が速い。ディスク型排水弁は、高温高圧の蒸気配管、乾燥機、ヒーター、過熱蒸気装置などに適しています。パルス式排水弁は背圧が低く、回転式乾燥ドラムのサイフォン排水に適しており、一定量の冷暖空気を排出できる。迷路式または微孔式の排水弁は構造がシンプルで、連続して水や空気を排出できる。微孔式は低排気量に適し、迷宮式は超大排気量に適する。 2.3 排水弁の取り付け要件 熱動力式排水弁は水平な配管に取り付けるべきである；フロート式排水弁は水平に取り付けるべきであり、屋外に設置する場合は必要な防凍対策を講じなければならない；ダブルメタル式排水弁は、水平にも垂直にも取り付け可能です；パルス式排水弁は、一般的に水平な配管に取り付けられ、バルブカバーは上方を向いています；逆吊りタンク型の排水弁は水平に取り付け、傾けてはならない；排水弁を取り付ける際、本体に示されている流れの矢印は配管内の凝縮水の流れ方向と一致していなければならず、そうでないと排水弁は機能しなくなります。 3 減圧弁とその選定方法 減圧弁とは、開閉部品による節流作用によって入口圧力を所定の出口圧力まで下げ、かつ入口圧力や流量が変動しても、自身の媒体エネルギーを利用して出口圧力をほぼ一定に保つ弁である。その作用は、ダイアフラムやスプリングなどのセンサー部品を利用してバルブ弁の位置を変え、媒体の圧力を下げることで減圧を実現するものです。一般的に、減圧弁の出口圧力は入口圧力の0.5倍未満であるべきです。減圧弁の入口圧力の変動は、入口圧力の指定値の80％～105％以内に抑える必要があります。この範囲を超えると、減圧前段階での性能が影響を受けます。操作、調整、メンテナンスの便宜のため、減圧弁は一般的に水平な配管上に取り付けられるべきである。 3.1 調圧弁の分類 調圧弁は、チューブ式（直動式）調圧弁、ピストン式調圧弁、薄膜式調圧弁に分けられる。 ① チューブ式（直動式）減圧弁。比較的シンプルな減圧弁で、直動式の減圧弁であり、平面ダイアフラムまたはリボンチューブを備えています。独立した構造で、下流に外部センサーラインを設置する必要がありません。3種類の減圧弁の中で最もサイズが小さく、コストパフォーマンスに優れたもので、中低流量向けに特化して設計されています。直動式減圧弁の精度は、通常、下流設定値の（+10%〜-10%）です； ② ピストン式減圧弁。このタイプの減圧弁は、ガイドバルブとメインバルブという2種類のバルブを1つにまとめたものです。ガイドバルブの設計は、直動式減圧弁と類似している。リードバルブからの排気圧力がピストンに作用し、ピストンがメインバルブを開く。もしメインバルブが大きくて直接開けられない場合、この設計は入口圧力を利用してメインバルブを開くのです。したがって、このタイプの減圧弁は、直動式減圧弁と比べて、同じ配管サイズでより高い容量と精度（+5%〜-5%）を誇ります。直動式減圧弁と同様に、減圧弁内部で圧力を検知するため、外部にセンサーラインを取り付ける必要はない； ③ 薄膜式減圧弁。このタイプの減圧弁では、内部ガイド式減圧弁のピストンに代わって二重ダイアフラムが使用されている。この拡大されたダイアフラム面積により、より大きなメインバルブを開くことができ、また同じ配管サイズの場合、その容量は内部ガイド式ピストン減圧弁よりも大きい。また、ダイアフラムは圧力変化に対してより敏感で、精度は（+1%〜-1%）に達します。精度が高いのは、下流のセンサーラインがバルブの外部に位置しており、そこではガスや液体の乱れが少ないためです。この減圧弁は柔軟性が高く、圧力弁、温度弁、空気充填弁など、さまざまなタイプの案内弁を使用することができる。 3.2 減圧弁の選定説明 減圧弁は用途が広く、蒸気、圧縮空気、工業用ガス、水、油、その他の液体媒体を扱う機器や配管で使用できます。具体的な選定方法は以下の通りです：① ワイヤーボビン式直動型減圧弁は、低圧で口径が小さい～中程度の蒸気や空気などの媒体に適しています； ② 薄膜直動式減圧弁は、中低圧で口径が中小の蒸気や水などの媒体に適しています； ③ プローブピストン式減圧弁は、さまざまな圧力、口径、温度の蒸気、空気、水系媒体に適用可能で、ステンレス耐酸鋼で製造された場合は、多種多様な腐食性媒体にも対応します； ④ 媒体の動作温度が高い場合は、一般的にピストン式減圧弁が選ばれます； ⑤ 感度の要求が高い場合は、スプリング薄膜式減圧弁を選択できます； ⑥ 媒体が空気または水（液体）の場合、一般的に直動膜式減圧弁またはパイロット膜式減圧弁が選ばれる。